KR101845797B1 - 기판 이송 로봇 및 이를 이용한 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 이송 로봇은 한쪽 단부가 회전 가능하게 고정되는 편심 아암, 편심 아암의 다른쪽 단부에 회전가능하게 배치되는 몸체부, 및, 수평 방향 및 상기 몸체부의 회전축과 평행한 수직 방향으로 기판을 이송시킬 수 있는 하나 이상의 아암부를 포함한다. 기판 이송 로봇은 비정다각형 다면체의 형태를 가지며 비정다각형 다면체의 각 면에 프로세스 모듈 또는 로드락 모듈이 1개씩 배치되는 트랜스퍼 모듈 내에 설치되고, 프로세스 모듈들 사이 또는 프로세스 모듈과 상기 로드락 모듈 사이에서 기판을 이송한다.

Description

기판 이송 로봇 및 이를 이용한 기판 처리 장치{Substrate transfer robot and substrate processing equipment using the same}
본 발명은 기판 이송 로봇에 대한 것으로서, 더 구체적으로는, 웨이퍼와 같은 기판을 이송하기 위한 로봇과 이를 이용한 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치에서 기판 이송 로봇에 의하여 이루어지는 기판 이송 방법에 대한 것이다.
반도체 또는 평판 디스플레이 제조 분야에서의 생산성 향상은 단위 시간당 처리하는 기판의 수를 늘림으로써 이루어질 수 있다. 이에 따라, 하나의 트랜스퍼 모듈에서 다수의 프로세스 모듈을 구비하고 여러 단계의 제조 공정을 한 기판 처리 장치 내에서 수행할 수 있도록 클러스터화된 장비들이 제공되고 있다. 최근에는, 더욱 많은 공정을 하나의 기판 처리 장치에서 처리할 수 있도록 하기 위하여, 2개의 프로세스 모듈을 병렬로 연결하여 동시에 하나의 제조 공정을 수행하는 등의 방식이 채택되고 있다. 이 경우, 종래와 같이 트랜스퍼 모듈을 정다각형 형태의 다면체로 만든다면, 트랜스퍼 모듈 내에서 기판을 이송하는 기판 이송 로봇의 스트록(stroke)이 불필요하게 길어지고, 진동 등이 발생할 우려가 증가한다. 또한, 트랜스퍼 모듈이 차지하는 바닥 면적(foot print)이 불필요하게 증가하게 된다(도 12의 100' 참조).
이러한 문제를 해결하는 하나의 방안으로서, 트랜스퍼 모듈의 형태를 정다각형이 아니라 길이가 긴 다면체 (이하, "세장형 다면체"라고 함) 형태를 갖도록 하는 것이 있다. 이러한 형태의 트랜스퍼 모듈에서 기판을 이송하기 위해서는 일반적으로 기판 이송 로봇이 수평으로 이동해야 한다. 그러나, 수평 이동을 위한 구동장치, 예를 들어, 리니어 가이드와 같은 장치는 이물질을 발생시킬 가능성이 높다. 기판 처리 공정은 주로 이물질의 농도가 극히 낮은 분위기 하에서 이루어지는 경우가 많기 때문에, 이러한 구동장치를 트랜스퍼 모듈 내에서 이용하는 것은 곤란하다.
특허공개공보 2014-0133534호에는 세장형 다면체 형태의 트랜스퍼 모듈을 구비하는 기판 처리 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는 기판 이송 로봇이 수평 방향으로 이동하지 않으며, 고정된 지점에 대하여 회전하는 아암을 구비한다. 그러나, 이러한 기판 이송 로봇은 엔드 이펙터가 취할 수 있는 각도가 제한되며 동시에 2개의 기판을 병렬로 배치된 2개의 프로세스 모듈에 반입하기 어렵다.
또한, 프로세스 모듈에서 2개씩 제조 공정이 이루어지는 경우, 기판은 2개 단위로 '동시에' 이송되는 것이 전체 제조 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 이를 위하여 트랜스퍼 모듈 내에서만이 아니라, 장비 전단부 모듈에서도 2매의 기판이 동시에 이송되는 것이 바람직하다.
KR 2014-0133534 A
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 것으로서, 2개씩 병렬로 배치된 프로세스 모듈을 복수개 구비하는 기판 처리 장치 및 이에 이용되는 기판 이송 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따르면, 기판 처리 장치로서, 2개의 기판이 수평방향으로 이격하여 배치될 수 있는 길이를 가지며, 2개 이상의 기판에 대하여 동시에 기판 처리 공정이 이루어질 수 있는 하나 이상의 프로세스 모듈; 2개의 기판이 수평방향으로 이격하여 배치될 수 있는 길이를 가지며, 기판의 반입 및 반출이 이루어지는 하나 이상의 로드락 모듈; 6각 이상의 비정다각형 다면체의 형태를 가지며, 비정다각형 다면체의 각 면에는 상기 프로세스 모듈 또는 상기 로드락 모듈이 배치되는 트랜스퍼 모듈; 및, 상기 트랜스퍼 모듈 내에 배치되고, 상기 프로세스 모듈들 사이 또는 상기 프로세스 모듈과 상기 로드락 모듈 사이에서 기판을 이송할 수 있도록 형성된 이송 로봇을 포함하되, 상기 트랜스퍼 모듈은 상기 하나 이상의 로드락 모듈 중 어느 하나가 설치된 면을 기준으로 볼 때 해당 면에 대하여 수직으로 연장되는 방향으로의 길이가 해당 면에 대하여 평행으로 연장되는 방향으로의 길이보다 길게 형성되며, 정다각형 형태에 비하여 작은 바닥 면적을 갖고, 상기 이송 로봇은, 한쪽 단부가 상기 트랜스퍼 모듈의 바닥에 회전가능하게 고정되는 편심 아암; 수직방향 회전축에 대하여 회전가능하고, 상기 회전축이 상기 편심 아암의 다른쪽 단부에 연결되는 몸체부; 및, 상기 몸체부 상에 설치되며, 상기 몸체부의 회전축과 직교하는 수평 방향 및 상기 몸체부의 회전축과 평행한 수직 방향으로 기판을 이송시킬 수 있는 하나 이상의 아암부를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
삭제
본 발명에 따라, 2개씩 병렬로 배치된 프로세스 모듈을 복수개 구비하는 기판 처리 장치 및 이에 이용되는 기판 이송 로봇이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치 및 기판 이송 로봇을 구비하는 반도체 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 제조 장치에서 기판 처리 장치를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 기판 처리 장치에서 이용되는 기판 이송 로봇을 도시한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 반도체 제조 장치에서 장비 전단부 모듈을 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시된 장비 전단부 모듈에서 이용되는 기판 이송 로봇을 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 기판 이송 로봇의 구동 시스템을 도시한 도면.
도 7은 도 5에 도시된 기판 이송 로봇의 구동 시스템의 다른 예를 도시한 도면.
도 8은 도 5에 도시된 기판 이송 로봇의 엔드 이펙터 구조를 도시한 도면.
도 9는 장비 전단부 모듈에서 기판 이송 과정을 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 종래의 장비 전단부 모듈에서 기판 이송 과정을 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 도 2에 도시된 기판 처리 장치의 다양한 예를 도시한 도면.
도 12는 비정다각 트랜스퍼 모듈을 구비하는 기판 처리 장치와 정다각 트랜스퍼 모듈을 구비하는 기판 처리 장치를 대비하여 나타내는 도면.
본 발명에 따른 기판 이송 로봇이 이용되는 기판 처리 장치는 장비 전단부 모듈(equipment front end module; EFEM)과 함께 반도체 제조 장치의 일부를 형성한다. 이하에서, 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 반도체 제조 장치에 대하여 설명하면서, 본 발명에 따른 기판 이송 로봇 및 기판 처리 장치에 대하여 함께 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 기판 이송 로봇 및 기판 처리 장치가 이용되는 반도체 제조 장치(1)가 도시되어 있다. 반도체 제조 장치(1)는 기판에 대한 제조 공정이 이루어지는 기판 처리 장치(100) 및 이 기판 처리 장치(100)에 기판을 공급하거나 제조 공정이 완료된 기판을 회수하는 장비 전단부 모듈(200)이 도시되어 있다.
기판 처리 장치(100)는 반도체 제조 공정이 이루어지는 복수개의 프로세스 모듈(110)을 구비한다. 도시된 실시예에서 프로세스 모듈은 2개의 프로세스 모듈이 병렬로 배치된 형태를 갖는데, 설명의 편의를 위하여 이하에서는 1개의 '프로세스 모듈'로서 기재한다. 기판 처리 장치(100)는 또한 다면체 형태를 갖고 복수개의 프로세스 모듈(110)이 다면체의 각 측면에 하나씩 부착되는 트랜스퍼 모듈(120), 트랜스퍼 모듈(120)의 측면에 부착되는 로드락 모듈(130) 및 2개의 프로세스 모듈(110) 사이 또는 프로세스 모듈(110)과 로드락 모듈(130) 사이에서 기판을 이송하는 제1 기판 이송 로봇(140)을 구비한다.
장비 전단부 모듈(200)은 기판 처리 장치(100)와 로드락 모듈(130)을 매개로 하여 연결된다. 장비 전단부 모듈(200)은 기판 처리 장치(100)에서 처리될 기판 또는 기판 처리 장치(100)에서 처리된 기판을 수용하는 전면 개방 일체형 포드(front opening unified pod; FOUP)가 각각 연결되는 복수개의 로드 포트(210), 처리될 기판을 FOUP로부터 로드락 모듈(130)으로 공급하기 전에 정렬시키는 기판 정렬 장치(220), 기판 처리 장치(100)에서 처리된 기판을 FOUP로 이송하기 전에 냉각시키기 위한 냉각 버퍼부 및 이들 사이에서 기판을 이송하기 위한 제2 기판 이송 로봇(240)을 구비한다.
도 2에는 기판 처리 장치(100)가 도시되어 있다.
기판 처리 장치(100)의 트랜스퍼 모듈(120)은 비정다각형인 다면체 형태를 갖는다. 도 2에 예로써 도시된 트랜스퍼 모듈(120)은 7각형 다면체이다. 트랜스퍼 모듈(120)의 각 측면에는 하나의 프로세스 모듈(110) 또는 하나의 로드락 모듈(130)이 연결된다. 따라서, 트랜스퍼 모듈(120)의 각 측면의 길이는 프로세스 모듈(110) 또는 로드락 모듈(130)의 크기에 따라 달라진다. 트랜스퍼 모듈(120)의 내부 공간은 외부에 대하여 밀봉된 상태로 유지되며, 필요에 따라 진공 상태로 유지되거나 불활성 기체로 채워진다. 이에 따라, 트랜스퍼 모듈(120) 내부로 기판이 제공되거나 그로부터 기판이 배출되는 경우에는 로드락 모듈(130)을 경유한다. 트랜스퍼 모듈(110) 내부 공간은 제조 공정이 수행되는 기판이 이송되기 때문에 소정 수준 이상의 청정도가 유지된다.
도시된 예에서, 각각의 프로세스 모듈(110) 내에 배치된 2개의 기판에 대하여 동시에 동일한 제조 공정이 수행되거나 또는 상이한 제조 공정이 수행될 수 있다. 바람직하게는 하나의 프로세스 모듈(110) 내부에 배치된 각 기판에 대해 동일한 제조 공정이 수행된다. 프로세스 모듈(110)의 내부 공간의 크기 및 이에 따른 프로세스 모듈(110)의 크기는 제조 공정에서 처리되는 기판의 크기에 따라 달라진다. 또한, 프로세스 모듈(110)에서 수행되는 제조 공정의 종류에 따라 달라질 수 있다.
로드락 모듈(130)은 적어도 2개의 챔버를 구비하며, 바람직하게는 4개의 챔버를 구비한다. 4개의 챔버를 구비하는 경우, 로드락 모듈(130)의 내부 공간을 수평 방향으로 2개로 구획하고, 수직 방향으로 다시 2개로 구획하는 것이 바람직하다. 이 중 아래쪽의 2개의 챔버에는 처리될 기판, 즉, 기판 처리 장치(100)의 내부로 제공되는 기판이 대기하고, 위쪽의 2개의 챔버에는 처리된 기판, 즉, 기판 처리 장치(100)에서의 제조 공정을 마친 기판이 대기한다. 또는 단순히 위 아래 두 개의 챔버로 구분되고 상하 각 챔버에는 2개의 기판이 놓일 수도 있다.
제1 기판 이송 로봇(140)은 트랜스퍼 모듈(120)의 내부에 배치되며, 2개의 프로세스 모듈(110) 사이 또는 프로세스 모듈(110)과 로드락 모듈(130) 사이에서 기판을 이송한다. 각 프로세스 모듈(110) 및 로드락 모듈(130)은 비정다각형 형태를 갖는 트랜스퍼 모듈(120)의 측면에 부착되어 있으므로, 제1 기판 이송 로봇(140)은 프로세스 모듈(110)과 로드락 모듈(140)의 이와 같은 공간적 배치에도 불구하고 기판을 이송할 수 있는 구조를 가져야 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 기판 이송 로봇(140)은 한쪽 단부가 회전가능하게 고정되는 편심 아암(142), 편심 아암(142)의 다른쪽 단부에 회전가능하게 배치되는 몸체부(144) 및 몸체부 상에 설치되며, 상기 몸체부의 회전축과 직교하는 수평 방향 및 상기 몸체부의 회전축과 평행한 수직 방향으로 기판을 이송시킬 수 있는 2개의 아암부(146)를 구비한다.
제1 기판 이송 로봇(140)에서 편심 아암(142)을 제외한 나머지 부분은 본 출원인이 출원하여 등록받은 특허 제1534524호 및 특허 1535068호에 개시된 이송 로봇이 이용될 수 있다. 위 문헌들에 개시된 이송 로봇은 수직 방향의 회전축에 대하여 회전 가능한 몸체부 및 몸체부의 회전축에 대하여 대칭으로 배치되며 수평 방향을 따라 직선으로 또한 몸체부의 회전축과 평행한 수직 방향으로 기판을 이송시킬 수 있는 한 쌍의 아암부를 구비한다. 트랜스퍼 모듈이 정다각형 다면체 형태를 갖는 경우에는, 트랜스퍼 모듈의 각 측면에 배치된 프로세스 모듈은 정다각형의 중심점에 대하여 방사상으로 배치된다. 따라서, 위 문헌들에 개시된 이송 로봇의 몸체부의 회전축을 트랜스퍼 모듈의 중심점에 배치시키면, 각각의 프로세스 모듈들에 대하여 기판을 반입/반출 할 수 있다. 그러나, 트랜스퍼 모듈(120)이 비정다각형 다면체 형태를 갖는 경우에는 프로세스 모듈(110)은 어느 특정점에 대하여 방사상으로 배치되지 않는다. 이에 따라, 몸체부의 회전축에 대하여 방사상으로 배치되지 않은 프로세스 모듈(110)에 대하여는 간섭이 발생하여 기판의 반입 또는 반출이 불가능할 수 있다. 또한, 그러한 프로세스 모듈(110)로의 기판의 반입/반출이 가능하더라도, 기판의 정렬 상태가 틀어져서 제조 공정의 수행이 곤란할 수 있다.
전술한 문제를 해결하기 위하여 도시된 예에서의 제1 기판 이송 로봇은 위 문헌들에서 개시된 이송 로봇과 대비하여 편심 아암(142)을 추가로 구비한다. 편심 아암(142)의 한쪽 단부는 트랜스퍼 모듈(120) 내에서 일지점에 회전가능하게 고정된다. 편심 아암(142)의 다른쪽 단부에는 기판 이송 로봇(140)의 몸체부(144)가 회전가능하게 연결된다. 몸체부(144) 상에는 아암부(146)가 마련되며, 아암부(146)는 몸체부(144)의 중심축에 대하여 대칭인 한쌍의 아암을 구비하고 기판을 수평 방향을 따라 직선으로 또는 수직 방향으로 이송시킨다.
아암부(146)는 상하로 2개가 마련될 수 있다. 이 경우, 기판 이송 로봇(140)은 아래쪽에 배치되는 제1 아암부 및 제1 아암부의 위쪽에 배치되는 한 쌍의 제2 아암부를 구비하게 된다. 기판 처리 장치(100)에서의 기판 이송은 다음과 같은 과정으로 이루어지기 때문이다: 1) 제1 프로세스 모듈 또는 로드락 모듈의 챔버로부터 기판을 반출하는 단계, 2) 제2 프로세스 모듈로부터 기판을 반출하는 단계, 3) 단계 1)에서 제1 프로세스 모듈 또는 로드락 모듈로부터 반출한 기판을 제2 프로세스 모듈(110)로 반입하는 단계. 즉, 단계 2)에서 기판 이송 로봇(140)은 동시에 4개의 기판을 파지한 상태가 된다.
편심 아암(142)의 길이 및 편심 아암(142)의 한쪽 단부가 트랜스퍼 모듈(120) 내에서 회전가능하게 고정되는 지점은, 아암부(146)가 기판을 모든 프로세스 모듈(110)에 이송할 수 있도록 요구되는 이송 거리, 즉, 아암이 연장되어야 하는 길이가 최소가 되도록 결정된다. 또한, 아암부(146)의 각 아암은 복수개의 링크 및 엔드 이펙터로 형성되며, 각 아암이 몸체부(144) 쪽으로 수축한 상태에서는 아암의 링크가 몸체부(144) 보다 바깥쪽으로 돌출된다. 이러한 상태에서 몸체부(144)가 회전할 때 아암의 링크가 트랜스퍼 모듈(120)의 내벽과 간섭이 일어나지 않아야 한다. 즉, 트랜스퍼 모듈(120)의 설계시 비정다각형 다면체의 각 측면은 기판 이송 로봇(140)과 간섭을 일으키지 않도록 배치되어야 한다. 이러한 설계 조건들을 만족하는 기판 이송 로봇(140)의 각 구성요소의 치수 및 트랜스퍼 모듈(120)의 각 측면의 위치는 상호 영향을 미치므로, 결과적으로 시행착오법을 통하여 결정된다. 도시된 예에서, 트랜스퍼 모듈(120)은 좌우대칭인 형태로 나타나 있으나, 반드시 좌우대칭일 필요는 없으며, 기판 이송 로봇(140)과 트랜스퍼 모듈(120)에 대한 전술한 설계 조건을 만족하는 범위 내에서라면 어떤 형태를 갖던지 무방하다.
도 4에는 장비 전단부 모듈(equipment front end module; EFEM)이 도시되어 있다. 장비 전단부 모듈(200)은 처리될 기판 또는 처리된 기판을 수용하는 전면 개방 일체형 포드(front opening unified pod; FOUP)와 연결되기 위한 하나 이상의 로드 포트(210)와, 처리될 기판을 정렬시키기 위한 기판 정렬 장치(220)와, 처리된 기판들을 냉각시키기 위한 냉각 버퍼부, 및, 처리될 기판과 처리된 기판을 장비 전단부 모듈 내에서 이송하는 제2 기판 이송 로봇(240)을 구비한다.
로드 포트(210)는 전술한 기판 처리 장치(100)에서 처리될 기판 또는 기판 처리 장치(100)에서 처리된 기판을 수용하는 FOUP를 연결한 상태로 유지한다. 이러한 로드 포트(210)는 복수개가 구비되며, 적어도 2개, 즉, 처리될 기판을 수용하는 FOUP와 연결되는 로드 포트 및 처리된 기판을 수용하는 FOUP와 연결되는 로드 포트가 구비되는 것이 좋다. FOUP 내에는 복수개의 처리될 기판 또는 처리된 기판이 적층된 상태로 유지된다.
기판 정렬 장치(220)는 처리될 기판을 로드락 모듈(130)을 경유하여 기판 처리 장치(100)에 공급하기 전에 정렬시킨다. 도시된 예에서, 기판 처리 장치(100)는 동시에 2개의 기판에 대하여 동일한 제조 공정을 진행할 수 있으므로, 기판 정렬 장치(220)도 동시에 2장을 정렬하는 구조를 갖는다. 이 경우, 기판 정렬 장치(220)의 폭을 반드시 기판 직경의 2배 보다 크게 만들어야 할 필요는 없으며, 정렬되는 기판의 높이를 달리함으로써 기판을 위에서 보았을 때 부분적으로 중첩되게 배치한 상태로 정렬한다면, 기판 정렬 장치(220)의 폭을 줄일 수 있다.
냉각 버퍼부는 기판 처리 장치(100)에서 처리된 기판을 로드락 모듈(130)로부터 반출하여 FOUP으로 이송하기 전에 냉각시킨다. 장비가 차지하는 바닥 면적을 줄이기 위하여, 냉각 버퍼부는 기판 정렬 장치(220)의 위쪽에 배치될 수 있다. 냉각 버퍼부는 냉각 중인 2매의 기판을 수용하는 공간과, 새로 반입될 2매의 기판을 위한 비어있는 공간을 구비하는 것이 좋다. 도시된 예에서 냉각 버퍼부는 이와 같이 총 4매의 기판을 위한 공간을 가지므로, 새로이 로드락 모듈(130)로부터 반출된 기판 2매를 냉각 버퍼부의 비어있는 공간으로 반입하면서, 냉각 버퍼부의 다른 공간에서 기존에 냉각 중이던 다른 2매의 기판을 반출할 수 있다.
제2 기판 이송 로봇(240)은 로드 포트(210)와 연결된 FOUP, 기판 정렬 장치(220), 로드락 모듈(130), 및, 냉각 버퍼부 사이에서 처리된 기판 또는 처리될 기판을 이송한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 기판 이송 로봇(240)은 직선 운동이 가능한 베이스부(242), 베이스부(242)에 회전가능 및 수직이동가능하게 설치되는 몸체부(244), 및, 몸체부(242) 상에 배치되고, 각각 기판을 수평 방향을 따라 직선으로 이송가능한 아암부(244)를 구비한다.
제2 기판 이송 로봇(240)의 베이스부(242)는 수평 방향을 따라 직선 이동이 가능하다. 예를 들어, 리니어 가이드와 같은 구동 수단(도시되지 않음)이 베이스부(242)의 직선 이동에 이용될 수 있다. 장비 전단부 모듈(200)은 내부 공간이 밀봉되지 않고 대기에 노출된 상태로 작동하는 경우가 많으므로, 청정도가 상대적으로 낮은 구동 수단이 이용될 수 있다. 몸체부(244)는 베이스부(242) 상에 배치되며, 베이스부(242)에 대하여 회전가능하고 수직 방향으로 이송가능하다.
제2 기판 이송 로봇(240)의 아암부(244)는 몸체부(242) 상에 배치되고 제1 아암 및 제2 아암을 구비한다. 도시된 예에서, 제1 아암과 상기 제2 아암은 몸체부(242)의 회전축에 대하여 대칭이 되도록 형성된다. 따라서, 이하에서는 하나의 아암에 대하여 설명한다. 각 아암은 순차적으로 연결된 4개의 링크와 기판을 지지하는 1개의 엔드 이펙터를 구비한다. 더 구체적으로, 각 아암은, 한쪽 단부가 몸체부(242)와 회전가능하게 연결되는 제1 링크부재(2441), 한쪽 단부가 제1 링크부재(2441)의 다른쪽 단부와 회전가능하게 연결되고 제1 링크부재와 연동되는 제2 링크부재(2442), 한쪽 단부가 제2 링크부재(2442)의 다른쪽 단부와 회전가능하게 연결되는 제3 링크부재(2443), 한쪽 단부가 제3 링크부재(2443)의 다른쪽 단부와 회전가능하게 연결되고 제3 링크부재(2443)와 연동되는 제4 링크부재(2444), 제4 링크부재의 다른쪽 단부와 연결되는 엔드 이펙터(2445)를 구비한다.
각 아암을 구동시키기 위한 구동 수단은 도 6에 도시된 바와 같이 형성된다. 제1 구동장치(2446)는 제1 링크부재(2441)의 한쪽 단부와 연결되고 제1 링크부재(2441) 및 이와 연동하는 제2 링크부재(2442)를 구동시킨다. 제2 구동장치(2447)는 제3 링크부재(2443)의 다른쪽 단부와 연결되고 제3 링크부재(2443) 및 이와 연동하는 제4 링크부재(2444)를 구동시킨다. 링크부재 사이의 연동은 벨트, 체인, 또는 다른 종래의 전동 수단에 의하여 이루어질 수 있으며, 도시된 예에서는 벨트가 전동 수단으로 이용된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 구동장치(2446) 및 제2 구동장치(2447)가 모두 제1 링크부재(2441)의 한쪽 단부에 설치되면 링크부재 사이의 간섭이 적어지는 이점이 있지만, 구동장치의 토크를 전달하기 위한 벨트의 강성이 약해져서 구동시 진동이 많아질 수 있다. 따라서, 도시된 예에서는, 비교적 간섭에 의한 문제가 발생할 가능성이 낮은 제3 링크부재(2443)의 다른쪽 단부, 즉, 제3 링크부재(2443)가 제4 링크부재(2444)와 연결되는 단부에 설치된다.
각 아암에 의하여 파지된 기판은 수직 방향으로 소정의 간격을 두고 중첩되는 위치에 배치시킬 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 아암의 엔드 이펙터(2445b)의 일부가 제1 아암의 엔드 이펙터(2445a)에 마련된 홈으로 들어가도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 아암의 엔드 이펙터에 의하여 파지된 기판은 제2 아암의 엔드 이펙터에 의하여 파지된 기판보다 소정의 간격을 두고 위쪽에 배치된다.
전술한 바와 같이, 기판 정렬 장치(220) 상에 놓여지는 기판은 서로 중첩하는 위치에 배치될 수 있도록 하기 위하여 어느 한 기판의 정렬 작업이 다른 기판의 정렬 작업보다 소정의 간격 만큼 높은 위치에서 이루어진다. 제2 기판 이송 로봇(240)의 제1 아암의 엔드 이펙터에 의하여 파지된 기판이 제2 아암의 엔드 이펙터에 의하여 파지된 기판보다 소정의 간격 만큼 높은 위치에 배치될 수 있으므로, 기판 정렬 장치(220)의 정렬 작업 높이와 대응하도록 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 반도체 제조 장치(1)에서 이루어지는 기판 이송 과정에 대하여 설명한다. 이송 과정에 대한 설명은 장비 전단부 모듈(200)에서의 과정을 먼저 설명하고, 이어서 기판 처리 장치(100)에서의 과정을 설명한다.
먼저, 도 9 및 10을 참조하여 장비 전단부 모듈(200)에서의 과정을 설명하면 아래와 같다. 도 9에는 장비 전단부 모듈(200)에서의 기판 이송 과정이 나타나 있으며, 도 10에는 종래의 장비 전단부 모듈(200)에서의 기판 이송 과정이 도시되어 있다.
장비 전단부 모듈(200)의 로드 포트 중의 하나와 연결된 FOUP(LPM4)로부터 제2 기판 이송 로봇(240)에 의하여 처리될 기판 2매(W1, W2)가 인출된다. 제2 기판 이송 로봇(240)의 제1 아암은 제2 아암에 비하여 소정의 간격 만큼 높은 위치에서 기판을 파지하며 제1 아암의 엔드 이펙터와 제2 아암의 엔드 이펙터는 파지된 기판이 중첩되는 위치에 배치되도록 할 수 있으므로, 제1 아암 및 제2 아암을 이러한 위치로 배치시키면 FOUP(LPM4)에 수직 방향으로 적층된 기판 중에서 인접하는 기판 2매(W1, W2)를 동시에 인출할 수 있다. 인출된 기판 2매(W1, W2)는 제2 기판 이송 로봇(240)에 의하여 기판 정렬 장치(220)으로 이송된다. 기판 정렬 장치(220)에서 제1 아암에 대응되는 정렬부는 제2 아암에 대응되는 정렬부에 대하여 소정의 간격을 두고 높은 위치에 마련된다. 따라서, 제1 아암에 의하여 파지된 기판과 제2 아암에 의하여 파지된 기판은 동시에 기판 정렬 장치(220)의 정렬부에 놓여진다. 이후, 기판 정렬 장치(220)에 의하여 2매의 기판(W1, W2)은 각각 정렬된다. 2개의 정렬부가 서로 높이가 다르기 때문에, 기판의 일부가 중첩된 상태에서 정렬이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 전술한 바와 같이, 기판 정렬 장치(220)의 폭을 중첩된 정도만큼 줄일 수 있다. 정렬 과정을 마친 기판 2매(W1, W2)는 다시 제2 기판 이송 로봇(220)에 의하여 정렬부로부터 들여올려진 후 이송되어 로드락 모듈(130)의 A 공간(L/L A1, L/L A2)으로 반입된다. 정렬부로부터 들여올려질 경우에도 제1 아암과 제2 아암 사이의 높이 차이와 대응되는 정렬부 사이의 높이 차이가 동일하므로 동시에 들어올려진다.
로드락 모듈(130)의 B 공간(L/L B1, L/L B2)에는 기판 처리 장치(100)에서 제조 공정을 마친 2매의 기판(W3, W4)이 이송되어 놓여 있다. 로드락 모듈(130)의 B 공간(L/L B1, L/L B2)에 놓여 있는 2매의 기판(W3, W4)은 제조 공정을 통해서 가열된 상태이다. 따라서, 이들 2매의 기판(W3, W4)은 제2 기판 이송 로봇(240)에 의하여 로드락 모듈(130)의 B 공간(L/L B1, L/L B2)으로부터 반출되어 냉각 버퍼부로 이송된다. 냉각 버퍼부 내에는 냉각 중인 기판들이 수직 방향으로 소정의 간격을 두고 적층되어 있다. 제2 기판 이송 로봇(240)의 제1 아암과 제2 아암도 높이 차이가 있으며 각 엔드 이펙터는 기판을 중첩되도록 배치시킬 수 있으므로, 제1 아암 및 제2 아암을 이러한 위치로 배치한 후 파지한 2매의 기판(W3, W4)을 냉각 버퍼부에 내려놓는다. 이후 제2 기판 이송 로봇(240)에 의하여 냉각 버퍼부 내에서 충분히 냉각된 다른 기판 2매(W5, W6)가 냉각 버퍼부로부터 반출된다. 반출된 냉각된 기판 2매(W5, W6)는 이후 제2 기판 이송 로봇(240)에 의하여 처리된 기판을 수용하는 FOUP(LPM2)에 수용된다. 이 경우에도 제1 아암과 제2 아암의 높이 차이를 이용한다.
장비 전단부 모듈(200)은 종류에 따라 기판 정렬 장치(220)가 필요없는 경우가 있다. 이 경우, 전술한 과정 중에 기판 정렬 장치(220)와 관련된 과정이 생략된다. 즉, 처리될 기판(W1, W2)은 FOUP(LPM4)로부터 반출된 후에 바로 로드락 모듈(130)의 A 공간으로 반입된다. 이후 로드락 모듈(130)의 B 공간에 놓여 있는 제조 공정을 마친 가열된 기판(W3, W4)가 반출된다. 반출된 기판(W3, W4)은 냉각 버퍼부로 반입되며, 냉각 버퍼부 내의 냉각된 기판(W5, W6)이 반출된다. 냉각 버퍼부로부터 반출된 기판(W5, W6)은 처리된 기판을 수용하는 FOUP(LPM2)에 수용된다.
도 10에 도시된 종래의 장비 전단부 모듈에서의 기판 이송 과정과 대비하면, 제2 기판 이송 로봇이 이동하는 거리가 크게 줄어들고, 이에 따라 제조 공정에 소요되는 시간이 전체적으로 줄어들게 된다.
다음으로, 기판 처리 장치(100)에서의 기판의 이송은 아래와 같이 이루어진다:
제2 기판 이송 로봇(240)에 의하여 로드락 모듈(130)의 A 공간으로 반입된 기판 2매가 제1 기판 이송 로봇(140)에 의하여 로드락 모듈(130)로부터 반출된다. 다음으로 첫 번째 제조 공정이 수행되는 첫 번째 프로세스 모듈로부터 첫 번째 제조 공정이 완료된 기판 2매가 제1 기판 이송 로봇(140)에 의하여 반출된다. 제1 기판 이송 로봇(140)은 좌우 대칭인 제1 아암부 및 제1 아암부에 대하여 위쪽에 배치되는 제2 아암부를 구비한다. 따라서, 예를 들어 제1 아암부가 로드락 모듈(130)로부터 반출된 기판 2매를 파지한 상태에서, 첫 번째 프로세스 모듈로부터 기판 2매를 제2 아암부를 이용하여 반출할 수 있다. 다음으로, 제1 아암부에 의하여 파지된 기판 2매가 첫 번째 프로세스 모듈로 반입된다. 첫 번째 프로세스 모듈로부터 반출된 기판 2매가 제2 아암부에 의하여 파지된 상태에서 비어있는 제1 아암부에 의하여 두 번째 프로세스 모듈로부터 두 번째 제조 공정이 완료된 기판 2매가 반출된다. 이후, 제1 아암부에 의하여 파지된 기판 2매가 두 번째 제조 공정을 위하여 두 번째 프로세스 모듈로 반입된다. 이런 순서로 마련된 마지막 프로세스 모듈까지 진행된다. 마지막 프로세스 모듈로부터 반출된 2매의 기판은 기판 처리 장치에서 수행될 제조 공정이 모두 수행된 상태이다. 따라서, 로드락 모듈(130)의 B 공간으로 반입된다.
이후 B 공간에 반입된 처리된 기판은 장비 전단부 모듈(200)의 제2 기판 이송 로봇(240)에 의하여 냉각 버퍼부로 이송되었다가, 냉각이 완료되면, 처리된 기판이 수용되는 FOUP로 이송된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 기초로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점은 명백하다. 본 명세서에 기재된 어떤 사항도 본 발명의 범위를 첨부된 특허청구의 범위보다 좁히려는 것은 아니다. 전술한 실시예들은 예시를 위한 것이며 이와 다른 실시 형태를 갖는 것을 배제하고자 하는 것은 아니다.
예를 들어, 도시된 실시예에서는 7각형 다면체 형태를 갖는 트랜스퍼 모듈을 기초로 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다양한 다면체에 대하여 적용될 수 있음이 자명하다. 도 11에는 7각형 다면체 형태를 갖는 트랜스퍼 모듈(100) 외에, 6각형 다면체 형태를 갖는 트랜스퍼 모듈(100a) 및 8각형 다면체 형태를 갖는 트랜스퍼 모듈(100b)이 예시되어 있다.
1: 반도체 제조 장치
100: 기판 처리 장치
110: 프로세스 모듈
120: 트랜스퍼 모듈
130: 로드락 모듈
140: 제1 기판 이송 로봇
200: 장비 전단부 모듈
210: 로드 포트
220: 기판 정렬 장치
240: 제2 기판 이송 로봇

Claims (9)

  1. 기판 처리 장치로서,
    2개의 기판이 수평방향으로 이격하여 배치될 수 있는 길이를 가지며, 2개 이상의 기판에 대하여 동시에 기판 처리 공정이 이루어질 수 있는 하나 이상의 프로세스 모듈;
    2개의 기판이 수평방향으로 이격하여 배치될 수 있는 길이를 가지며, 기판의 반입 및 반출이 이루어지는 하나 이상의 로드락 모듈;
    6각 이상의 비정다각형 다면체의 형태를 가지며, 비정다각형 다면체의 각 면에는 상기 프로세스 모듈 또는 상기 로드락 모듈이 배치되는 트랜스퍼 모듈; 및
    상기 트랜스퍼 모듈 내에 배치되고, 상기 프로세스 모듈들 사이 또는 상기 프로세스 모듈과 상기 로드락 모듈 사이에서 기판을 이송할 수 있도록 형성된 이송 로봇
    을 포함하되,
    상기 트랜스퍼 모듈은 상기 하나 이상의 로드락 모듈 중 어느 하나가 설치된 면을 기준으로 볼 때 해당 면에 대하여 수직으로 연장되는 방향으로의 길이가 해당 면에 대하여 평행으로 연장되는 방향으로의 길이보다 길게 형성되며, 정다각형 형태에 비하여 작은 바닥 면적을 갖고,
    상기 이송 로봇은, 한쪽 단부가 상기 트랜스퍼 모듈의 바닥에 회전가능하게 고정되는 편심 아암; 수직방향 회전축에 대하여 회전가능하고, 상기 회전축이 상기 편심 아암의 다른쪽 단부에 연결되는 몸체부; 및, 상기 몸체부 상에 설치되며, 상기 몸체부의 회전축과 직교하는 수평 방향 및 상기 몸체부의 회전축과 평행한 수직 방향으로 기판을 이송시킬 수 있는 하나 이상의 아암부를 구비하는
    기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 트랜스퍼 모듈은 상기 하나 이상의 로드락 모듈 중 어느 하나가 설치된 면을 기준으로 볼 때 좌우 대칭인 형태를 갖는
    것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 이송 로봇은,
    상기 몸체부의 회전축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되는 2개의 아암부를 구비하는
    것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 이송 로봇은,
    상기 몸체부의 회전축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되는 한 쌍의 제1 아암부 및 상기 제1 아암부의 위쪽에 상기 몸체부의 회전축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되는 한 쌍의 제2 아암부를 구비하는
    것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 로드락 모듈과 연결되는 장비 전단부 모듈(equipment front end module)을 더 포함하며, 상기 장비 전단부 모듈은,
    처리될 기판 또는 처리된 기판을 수용하는 전면 개방 일체형 포드(front opening unified pod; FOUP)와 연결되기 위한 하나 이상의 로드 포트;
    상기 처리된 기판들을 상기 로드락 모듈로부터 상기 로드 포트와 연결된 처리된 기판을 수용하는 FOUP으로 이송하기 전에 냉각시키기 위한 냉각 버퍼부; 및
    2개의 기판을 동시에 이송할 수 있도록 형성되며, 2개의 기판이 수평방향으로 이격하여 배치되는 제1 위치, 2개의 기판이 수직방향으로 이격되고 수평방향으로 일부 중첩되도록 배치되는 제2 위치, 2개의 기판이 수직방향으로 이격된 상태에서 완전히 중첩되도록 배치되는 제3 위치 사이에서 작동되도록 형성되는 기판 이송 로봇
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 장비 전단부 모듈은,
    상기 처리될 기판 2매를 상기 로드락 모듈을 경유하여 상기 기판 처리 장치에 공급하기 전에 기판들이 수직방향으로 이격되고 수평방향으로 일부 중첩되도록 배치된 상태에서 동시에 정렬시키기 위한 기판 정렬 장치
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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